基于智能手机内置传感器的地铁车站级定位

地铁运客高峰期，大众用户往往因无法在嘈杂的环境中听清语音播报到站信息而导致无法及时地做好下车准备。针对这一需求，本文提出了一种基于智能手机内置传感器的地铁车站级定位方法。该方法利用惯性传感器与磁力计的观测值以及解算出的水平姿态角来构建地铁车站间的指纹库，然后在实时定位时使用用户智能手机传感器观测值与指纹库进行匹配，从而确定用户即将到达的地铁站。实测结果表明，所提出的算法利用智能手机内置传感器能够实现可靠的地铁车站级定位，准确率达到98.4%。     

智能手机利用二维码路标进行定位定姿的方法研究

针对室内环境中智能手机用户的定位问题,设计了一种专门用于定位定姿的二维码路标,基于此二维码路标提出一种稳健的二维码路标检测算法。首先采用图像灰度化、直方图均衡化、二值化、边缘检测及形态学运算对采集到的图像进行预处理,然后利用轮廓检测将图像划分为不同的候选区,并对候选区进行筛选,保留二维码路标所在的候选区并提取其顶点的图像坐标,确定二维码路标在图像中的精确位置,检测到二维码路标后,根据二维码路标顶点的图像坐标与世界坐标的对应关系,采用EPnP算法解算手机相机中心的位置和姿态。实验结果表明,该方法对用户的拍摄距离、角度、手机姿态等限制较少,更符合手机用户室内定位的需求。     

一种简易通用的敲击触发式惯性导航系统时间同步装置设计方案

科学研究与工程实践中常需要利用多种传感器协同工作获取被测目标的动态信息,此时对不同传感器采集的数据进行时间同步是必要前提。提出了一种以“敲击-脉冲”信号为媒介的时间同步方案,通过能够在敲击瞬间产生脉冲信号的时间同步装置实现惯性导航系统等运动传感器与其他脉冲同步传感器的时间同步,并通过实验验证了其可行性和时间同步精度。与传统的硬件方案或软件方案时间同步技术相比,本方案通用性极强,开发工作量小,操作简单方便,适用于对时间同步精度要求不高的传感器或系统的快速试验评估。     

利用精密单点定位技术评估晶振频率稳定度

在评估晶振频率稳定度时，目前常用一个频率稳定度比待测晶振高3倍以上的时钟作为参考，造成测试成本高昂。在分析精密单点定位（Precise Point Positioning,PPP）技术原理的基础上，提出了一种基于PPP技术的频率稳定度评估方法，并利用该方法对一款秒稳达到10-12的高稳定度恒温晶振（Oven Controlled Crystal Oscillator，OCXO）进行了评估，评估结果与利用氢原子钟为参考的传统频率稳定度评估方法基本吻合。最后给出了该方法对不同等级晶振的评估能力。该方法结构简单，测试方便且成本低廉，能满足常用时频设备（如通信设备、卫星导航接收机）的晶振评估需求。     

MEMS惯导在旋翼飞行器中导航性能的实验分析

GNSS/MEMS INS组合导航系统是四旋翼飞行器获取位置、速度、姿态的一种重要手段.由于电机转动、气流等因素的影响,旋翼飞行器会出现小幅度的高频抖动,INS机械编排更新率若要满足这一高频运动,将带来沉重的计算负担.在实测分析飞行器抖动特性的基础上,对比了IMU原始采样率不足和仅INS机械编排更新率不足对惯导性能的影响,并分析了四旋翼飞行器所需INS机械编排更新率的底限.实验表明,飞行器高频抖动条件下,由IMU原始采样过低导致的采样混叠会对MEMS惯导性能产生严重影响;但如果原始IMU采样率足够高,而通过求平均(或累加)降采样方法适当地降低机械编排更新率(本文实验条件下可降至20 Hz),则不会明显影响导航精度.本文工作为MEMS惯导用于旋翼飞行器导航提供了参考.     

基于信号嫁接技术的IMU导航性能评估方法

为了探究新型惯性测量单元（ IMU）的导航定位精度以便选用,需要对其进行方便有效和低成本的测试评估。对一种新颖的基于信号嫁接技术的IMU导航性能评估方法进行了验证和分析。以三种中低精度IMU为样本,将该方法的评估结果与该IMU的现场测试结果对比,从而对该方法的评估效果进行验证。结果表明：相对于IMU的仿真评估,使用信号嫁接技术合成出的IMU数据在导航性能上与现场测试结果有更高的一致性,更为有效和可信。该方法相比于权威的现场测试评估具有成本低、效率高的独特优势,在中低精度惯性器件性能评估上具有很高的应用价值。     

面向旋翼无人机的高精度组合导航模块设计与评估

针对行业应用对旋翼无人机连续的高精度导航定位需求,基于低成本的GNSS单频定位模块和MEMS惯导,设计了高精度的GNSS/INS组合导航模块。针对高精度要求,设计了充分保障MEMS惯导精度的原始数据采集方案。针对旋翼无人机平台的高频振动问题,分析了IMU白噪声参数对MEMS惯导和组合导航性能的影响。测试结果表明,适当的放大IMU白噪声参数可以有效改善高频振动条件下的组合导航性能;模块的定位精度可以达到厘米级且连续稳定。     

采用MEMS惯导的小口径管道内检测定位方案可行性研究

针对小口径管线测量仪对低成本、小尺寸惯性导航定位方案的迫切需求,本文设计了一种融合了MEMS惯导、管道里程计、地面标记器以及管道运动约束的组合定位方案及其导航定位算法.基于该方案,本文以一款典型MEMS惯性器件(STIM300)为例评估了其定位精度,并对里程计、运动约束以及反向平滑算法在提高定位精度方面的贡献做了定量分析.模拟实验结果表明,里程计以及运动约束是保证系统精度的必要条件,反向平滑算法能够进一步提高定位精度;MEMS方案对长度为2 km的管道测量精度可达10-3量级,能够满足小口径管道内检测定位的精度需求.     

GNSS拒止环境下的手机车载定位研究

针对地下车库这类卫星定位失效场景下的手机端车辆定位问题，本文研究了利用车辆非完整性约束（nonholonomic constraints, NHC）和磁航向辅助惯导自主推算的定位方案。基于智能手机传感器，比较了在没有全球卫星导航系统（global navigation satellite system, GNSS）辅助的条件下，补偿手机安装角和NHC杆臂、在线估计手机安装角和非完整性约束杆臂以及磁航向修正对定位精度的影响，并在2种典型的地下车库（多转弯和长直线）中进行了测试实验。实验结果表明：多转弯轨迹相比长直线轨迹更有利于非完整性约束性能的发挥；在多转弯场景中，在线估计手机安装角和非完整性约束杆臂并进行补偿的方案取得了最好的定位精度；在卫星信号中断500 m条件下，终点平面位置相对测量误差仅为1.66%；在长直线场景中，加入磁航向修正的方案定位精度最高；在卫星信号中断800 m条件下，终点平面位置相对测量误差为10.56%。     

城市地下管线惯性测量仪管道接缝探测算法及其对定位精度的影响分析

城市地下管道对惯性测量仪运动的非完整性约束(Non-Holonomic Constraint, NHC)可有效提升惯导和里程计组合的定位精度，然而管道接缝会破坏NHC的成立条件，影响组合定位效果。提出一种管道接缝探测算法，并在组合算法上采取相应措施降低接缝对定位精度的影响。根据IMU原始数据准确探测管线测量仪经过接缝的时间段，当惯导和里程计组合时，过接缝时段用于调整NHC修正策略，实现稳健的组合定位解算。实测表明，该算法对432个接缝的检测正确率达到98.6%,通过调整接缝处NHC修正策略有效提高了组合算法的绝对定位精度。